先进绝热压缩空气储能系统运行特性分析及优化

发布时间：2020-04-23 13:49

【摘要】：传统能源面临枯竭以及利用过程存在污染等问题,使得许多国家努力开发可再生能源,如风能、太阳能和潮汐能等,以缓解传统能源的紧张局面。可再生能源发电具有不稳定性,会给电网带来一系列安全问题。因此,弃风、弃光现象普遍存在。电力储能技术在这种背景下应运而生,是解决上述问题的有效方法。其中,先进绝热压缩空气储能(advanced adiabatic compressed air energy storage,简称AA-CAES)技术不消耗化石燃料,也不排放污染物,受到了广泛的关注。深入研究AA-CAES系统,有利于掌握其运行特性,可以为该系统的设计、运行和优化提供有价值的参考。以至于更好地解决弃风、弃光问题,提高可再生能源的利用率,减少经济损失。该文建立了AA-CAES系统的热力学模型和所有部件的数学模型,采用仿真计算的方法。首先,基于空气和二氧化碳两种工质,以及恒温和恒壁温两种储气室,提出四种组合运行策略,比较四种策略的热力性能差异,分析三个关键参数的影响。其次,依据压缩机组和膨胀机组的运行特性,提出四种系统运行方案,对比四种方案的热力性能差异,并开展敏感性分析和多目标优化。获得如下结论:(1)针对不同工质和储气室的研究发现,在相同的运行参数下,策略2的储能效率最高,策略1的储能密度最大。(2)开展关键参数分析后发现,对于四种策略,工质初始温度增加,储能效率均降低,储能密度均增大;工质初始压力对两种性能指标的影响正好与工质初始温度相反;换热器效能增加时,储能效率的变化不同,储能密度均增大。(3)对于四种运行方案,基本参数相同时,方案4的储能效率最高,方案2的储能密度最大;敏感性分析表明,随着换热器效能增加,四种方案的储能效率均存在最高值,储能密度均增大;较低的环境温度有利于提高储能效率和储能密度;较高的环境压力能够提高储能效率,但会减小储能密度。(4)在给定的基本参数下,开展多目标优化后,四种方案的最优储能效率分别为62.758%、65.380%、64.572%和67.247%,最优储能密度分别为1.103×10~7、1.150×10~7、1.071×10~7和1.116×10~7 J·m~(-3)。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK02

【参考文献】